[实用新型]一种基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪

说明书

本实用新型提供了一种基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，用于冰样的相对介电常数测量，其特征在于包括：电磁波发射源、屏蔽装置、应力放大装置、光纤磁致伸缩传感器、高分辨率激光调制解调器等；所述电磁波发射源发出50MH的电磁波；屏蔽装置为金属板，其目的在于屏蔽电磁波发射源空间的电磁波，仅使沿冰面传播的电磁波到达放应力放大装置；放应力放大装置将接收沿冰表面传播过来的电磁波进行放大，为光纤磁致伸缩传感器提供用应变所需动力信号源；高分辨率激光调制解调器用于为光纤磁致伸缩传感器提供泵浦光源及信号位相变化值，并进行数据运算与分析。

技术领域

本发明涉及军事、工业对冰的相对介电常数测量技术领域，特别是一种基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪对南极冰样的相对介电常数测量。

背景技术

人类踏上南极大陆已经有几十年的历史了，我们已经知道，南极是一块被冰雪严严实实覆盖着的广阔大陆。南极大陆总面积1400万平方千米，裸露的山岩的面积还不到7％，其余超过93％的地方全都覆盖着厚厚的冰雪。从高空俯瞰，南极大陆是一个高原，中部隆起，向四周逐渐倾斜。终年不化的冰层巨大而深厚，就像一个银铸的大锅盖，将南极罩得严严实实。南极冰盖十分厚重，它的平均厚度为2000米，最厚的地方甚至达到了4800米。当南极处于冬季时，海洋中的海水全部都成了海冰。大陆冰盖与海冰连为一体，形成一个巨大的白色水源，面积超过3300万平方千米。人们经过考察发现，南极大陆蕴藏着很多宝贵的资源。南极石油储量十分惊人，仅南极大陆西半部分，蕴藏的石油可能相当于目前世界年产量的2～3倍。此外，约200余种金、铂、铜、镍、铝、锰、钼、钴、铀等之类的放射性矿物也陆续在南极被人们发现。所以说南极冰盖是一份珍贵的地球档案，由于它是在低温环境下经过千百万年的日积月累形成的，因此从中可以发现大量的地球演变信息。

一种基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，旨在解决极地冰盖等极寒地区冰原深部冰的介电常数测量，通过不同的介电常数反应冰层内部含氧情况、冰体滑移等情况，对年代断定、远古地球变化程度、对冰下矿藏等方向具有极其重要的意义。传统方法在精度上以及耐低温程度上均不能满足目前的需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，用于冰样相对介电常数的测量，重点解决南极低温恶劣环境下对冰洞或冰样相对介电常数的检测、可靠性及测量精度等问题。

为达上述目的，本发明具体提供一种基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，其特征在于包括：电磁波发射源、屏蔽装置、应力放大装置、光纤磁致伸缩传感器、高分辨率激光调制解调器。

在上述基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，优选的，所述仪器置于冰样表面，使电磁波沿冰表面传播，调制的电磁波的位相将发生不同的变化，再通过应力放大系统作用于光纤传感器，由于应力变化致使相位发生变化，将导致光纤传感器对其传输的调制的光的相位亦发生变化，解调出对应关系，实现测量过程。

在上述基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，优选的，所述光纤磁致伸缩传感器用于测量位相变化，光纤传感器会根据所测试的外部环境参数的变化来改变其传播的光波的一个或几个属性，比如强度、相位、偏振状态以及频率等。

在上述基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，优选的，所述光纤磁致伸缩传感器由FBG和磁敏材料结合而成，根据磁场的变化使FBG进行拉伸或者压缩，从而提高灵敏度。

在上述基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，优选的，所述光纤磁致伸缩传感器采用饱和磁致伸缩系数可达10^-2数量级的TbDyFe作为靶材，从而能高效地实现磁能到机械能的转换。

在上述基于磁致伸缩光纤传感器的相对介电常数测量仪，优选的，所述光纤磁致伸缩传感器是带有微结构的光纤布拉格光栅，是采用飞秒激光脉冲在刻写有FBG的单模光纤包层上加工螺旋微结构，此种微结构能改善光纤轴向伸缩性，增加薄膜沉积的表面积，从而提高传感器的磁场敏感性。